(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電素子と、
前記圧電素子を挟持する一対の挟持部材と、
前記一対の挟持部材と協働して前記圧電素子を包囲した状態で前記一対の挟持部材にかしめられたカバー部材と、
を具備し、
前記カバー部材は、筒状に構成されていると共に、前記一対の挟持部材は、前記筒状のカバー部材の内側に配置される前記圧電素子を挟み込むように前記筒状のカバー部材の一方及び他方の開口部分から各々挿入された挿入部をそれぞれ有し、
さらに、前記筒状のカバー部材の各開口部分におけるそれぞれの周縁部が、前記一対の挟持部材の各挿入部にかしめられている、
ことを特徴とする超音波振動子。
【請求項２】
前記一対の挟持部材により前記圧電素子が加圧される状態で、前記かしめが行われていることを特徴とする請求項１記載の超音波振動子。
【請求項３】
前記カバー部材の各開口部分におけるそれぞれの周縁部は、薄肉部でそれぞれ構成されており、
前記各開口部分におけるそれぞれの前記薄肉部は、前記一対の挟持部材における前記各挿入部の根元部分にそれぞれかしめられている、
ことを特徴とする請求項１又は２記載の超音波振動子。
【請求項４】
前記筒状のカバー部材は、当該カバー部材の前記周縁部が挿入される環状の係止部材を通じてかしめられていることを特徴とする請求項３記載の超音波振動子。
【請求項５】
前記カバー部材といずれか一方の前記挟持部材とが単一の部材で構成されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の超音波振動子。
【請求項６】
少なくとも一方の前記挟持部材に固定され、固定されているこの挟持部材よりも硬度の低い緩衝部材をさらに具備することを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の超音波振動子。
【請求項７】
前記筒状のカバー部材における前記一方及び他方の開口部分のうちの、前記一方の開口部分の周縁部は、
前記一方の挟持部材の挿入部にかしめられていることに代えて、当該一方の挟持部材の挿入部にねじ止め又は溶接されている、
ことを特徴とする請求項１、２及び６のうちのいずれか１項に記載の超音波振動子。
【請求項８】
前記他方の挟持部材の挿入部は、段差部分を備え、
前記筒状のカバー部材の前記他方の開口部分における周縁部は、前記段差部分にかしめられている、
ことを特徴とする請求項７記載の超音波振動子。
【請求項９】
前記一対の挟持部材により挟持される前記圧電素子が、特定の圧力範囲内に調整された圧力にて加圧される状態で、前記かしめが行われていることを特徴とする請求項２ないし８のいずれか１項に記載の超音波振動子。
【請求項１０】
圧電素子を両側から挟み込む位置に一対の挟持部材を配置しつつ前記一対の挟持部材と協働して前記圧電素子を包囲する位置にカバー部材を配置する部材配置工程と、
前記部材配置工程にて配置された前記一対の挟持部材を通じて前記圧電素子が加圧される状態で前記一対の挟持部材に前記カバー部材をかしめるかしめ工程と、
を有し、
前記カバー部材は、筒状に構成されていると共に、前記一対の挟持部材は、前記筒状のカバー部材の内側に配置される前記圧電素子を挟み込むように前記筒状のカバー部材の一方及び他方の開口部分から各々挿入可能な挿入部をそれぞれ備え、
さらに、前記かしめ工程では、前記筒状のカバー部材内にそれぞれ挿入された前記一対の挟持部材の各挿入部に対して、当該筒状のカバー部材の各開口部分におけるそれぞれの周縁部をかしめる、
ことを特徴とする超音波振動子の製造方法。
【請求項１１】
圧電素子を両側から挟み込む位置に一対の挟持部材を配置しつつ前記一対の挟持部材と協働して前記圧電素子を包囲する位置にカバー部材を配置する部材配置工程と、
前記部材配置工程にて配置された前記一対の挟持部材を通じて前記圧電素子が加圧される状態で前記一対の挟持部材の少なくとも一方に前記カバー部材をかしめるかしめ工程と、
を有し、
前記カバー部材といずれか一方の前記挟持部材とは、単一の部材で構成されており、
前記かしめ工程では、前記単一の部材で構成された一方の挟持部材における前記カバー部材の構成部分を、他方の挟持部材に対してかしめる、
ことを特徴とする超音波振動子の製造方法。
【請求項１２】
圧電素子を両側から挟み込む位置に一対の挟持部材を配置しつつ前記一対の挟持部材と協働して前記圧電素子を包囲する位置にカバー部材を配置する部材配置工程と、
前記部材配置工程にて配置された前記一対の挟持部材を通じて前記圧電素子が加圧される状態で前記一対の挟持部材の少なくとも一方に前記カバー部材をかしめるかしめ工程と、
を有し、
前記カバー部材は、筒状に構成されていると共に、前記一対の挟持部材は、前記筒状のカバー部材の内側に配置される前記圧電素子を挟み込むように前記筒状のカバー部材の一方及び他方の開口部分から各々挿入可能な挿入部をそれぞれ有し、
前記部材配置工程は、
前記カバー部材の前記一方の開口部分における周縁部と、前記一方の開口部分から前記カバー部材内に挿入された状態の一方の前記挟持部材の挿入部と、をねじ止め又は溶接により接合する工程と、
前記一方の挟持部材と接合された前記カバー部材内に、前記他方の開口部分から前記圧電素子を挿入する工程と、
前記カバー部材内に挿入された前記圧電素子を前記一方の挟持部材の挿入部との間で挟み込むように、前記他方の開口部分から、前記他方の挟持部材の挿入部を前記カバー部材内に挿入する工程と、
を有し、
さらに、前記かしめ工程では、前記筒状のカバー部材内に挿入された前記他方の挟持部材の挿入部に対して、前記カバー部材の前記他方の開口部分における周縁部をかしめる、
ことを特徴とする超音波振動子の製造方法。
【請求項１３】
前記かしめ工程では、前記一対の挟持部材から前記圧電素子に加わる挟持力を可変させ、これに伴い変動する当該圧電素子からの出力をモニタしつつ、前記かしめが行われることを特徴とする請求項１０ないし１２のいずれか１項に記載の超音波振動子の製造方法。
【請求項１４】
前記かしめ工程では、超音波振動を用いた加圧により被かしめ部分を塑性変形させる超音波かしめを行うことを特徴とする請求項１０ないし１３のいずれか１項に記載の超音波振動子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電素子の電気歪みにより超音波振動を発生させる超音波振動子及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属製の振動ブロックに設けた凹部に対し、一体焼成された圧電素子の積層ユニットを、嵌め込んだかたちのランジュバン型超音波振動子が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
この文献の超音波振動子は、振動ブロックが備える凹部の内壁にねじ穴（雌ねじ）が形成されており、このねじ穴にボルトを締結することで、圧電素子の積層ユニットが振動ブロックに対して固定されている。
【０００４】
また、例えばハウジング内の凹部に収容した積層型圧電体を、雄ねじの形成されたホーンによって締め付ける構造の超音波振動子を内蔵する外科手術用のハンドピースなども知られている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特許第３９１４０５０号公報
【特許文献２】特開２００４−１６００８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、このような超音波振動子は、上述したように圧電素子の積層ユニットがねじ止めにより固定される構成となるため、ねじ構造の形成領域を製品（超音波振動子本体）の径方向に確保する必要がある。つまり、ねじ止めによる固定は、圧電素子や製品本体のサイズを制約することになり、このため、製品の小型化や、また、大径の圧電素子を適用することによる製品の高出力化などを妨げる要因となる。特に、医療用途の製品では、小型、小径の超音波振動子の開発が強く要望されている。したがって、このような事情から、ねじ構造を極力適用せずに超音波振動子を構成することへの要請がある。
【０００６】
さらに、ここで、上述したような超音波振動子の内部に圧電素子を保持（挟持）する保持力は、超音波振動子自体の振動性能に影響を及ぼす要素の一つとなる。しかしながら、上記特許文献１、２のように、圧電素子側にねじを締付けて組付けを行う構造の超音波振動子は、ねじの締付け時に発生する摩擦力が阻害要因となり、圧電素子を適正な保持（挟持）力で組付ける作業が、比較的難しい作業となる。また、これに加えて、上記の圧電素子側にねじを締付ける構造の超音波振動子は、圧電素子に加わるねじり応力などの影響で、所定の設計位置より圧電素子の位置ずれなどが生じる可能性があり、超音波振動子の振動特性にばらつきを発生させる要素となる。また、前述したねじれ方向の応力により、例えば許容以上の機械的ストレスが圧電素子に加わってしまうことなども懸念される。
【０００７】
そこで本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、圧電素子にねじり応力が加わることなどを抑制できると共に振動特性のばらつきを抑えることが可能であり、しかも小型化や高出力化を図れることに加えて、生産性を向上させることができる超音波振動子及びその製造方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明に係る超音波振動子は、圧電素子と、前記圧電素子を挟持する一対の挟持部材と、前記一対の挟持部材と協働して前記圧電素子を包囲した状態で前記一対の挟持部材の少なくとも一方にかしめられたカバー部材と、を具備し、前記カバー部材は、筒状に構成されていると共に、前記一対の挟持部材は、前記筒状のカバー部材の内側に配置される前記圧電素子を挟み込むように前記筒状のカバー部材の一方及び他方の開口部分から各々挿入された挿入部をそれぞれ有し、さらに、前記筒状のカバー部材の各開口部分におけるそれぞれの周縁部が、前記一対の挟持部材の各挿入部にかしめられている、ことを特徴とする。
【０００９】
つまり、本発明では、圧電素子を挟持する一対の挟持部材間にカバー部材をかしめることによって、（ねじ構造などを敢えて適用せずとも）圧電素子を内部部品として組み付けることができるので、上記ねじ構造の形成領域を製品本体（超音波振動子本体）に確保する必要性などをなくすことが可能である。したがって、本発明によれば、圧電素子のサイズや製品本体のサイズを選択する上での自由度が向上し、これにより、超音波振動子の小型化や、また一方で、比較的サイズの大きい圧電素子の適用による超音波振動子の高出力化などを実現できる。
【００１０】
また、本発明は、ねじ構造などを極力適用せずに、かしめにより個々の部材どうしを接合できるので、一対の挟持部材の両側から例えば適正な荷重を加えつつかしめを行うことによって、圧電素子にねじり応力などを加えることなく、各挟持部材間に適切な保持（挟持）力で圧電素子を組み付けることが可能となる。したがって、本発明によれば、圧電素子の組み付け時の位置ずれなどを抑制しつつ適切な保持力で圧電素子を組み付けることができるので、超音波振動子の振動特性のばらつきを抑えることができ、さらには、機械的ストレスが要因となる圧電素子の破損などを防止することも可能である。
【００１１】
また、本発明における、かしめによる接合の場合、例えば溶接などを適用した場合などと異なり、被接合部分を高温に加熱溶融する必要などがないので、上記の挟持部材やカバー部材の材料選択の自由度を高めることができると共に、比較的高価な溶接用の設備機器を設置する必要などもないため、超音波振動子の生産性を向上させることができる。
【００１２】
また、本発明の超音波振動子の製造方法は、圧電素子を両側から挟み込む位置に一対の挟持部材を配置しつつ前記一対の挟持部材と協働して前記圧電素子を包囲する位置にカバー部材を配置する部材配置工程と、前記部材配置工程にて配置された前記一対の挟持部材を通じて前記圧電素子が加圧される状態で前記一対の挟持部材に前記カバー部材をかしめるかしめ工程と、を有し、前記カバー部材は、筒状に構成されていると共に、前記一対の挟持部材は、前記筒状のカバー部材の内側に配置される前記圧電素子を挟み込むように前記筒状のカバー部材の一方及び他方の開口部分から各々挿入可能な挿入部をそれぞれ備え、さらに、前記かしめ工程では、前記筒状のカバー部材内にそれぞれ挿入された前記一対の挟持部材の各挿入部に対して、当該筒状のカバー部材の各開口部分におけるそれぞれの周縁部をかしめることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、圧電素子にねじり応力が加わることなどを抑制できると共に振動特性のばらつきを抑えることが可能であり、しかも小型化や高出力化を図れることに加えて、生産性を向上させることが可能な超音波振動子及びその製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づき説明する。
［第１の実施の形態］
図１は、本発明の第１の実施形態に係る超音波振動子１を一部断面で示す正面図であり、図２は、この超音波振動子１の一部の構成部品を分解して示す図である。また、図３は、この超音波振動子１の製造方法を説明するための図である。
【００１５】
本実施形態の超音波振動子１は、超音波カッタや超音波歯石除去器などのハンディタイプの超音波機器の振動源として用いられるものである。すなわち、この超音波振動子１は、図１及び図２に示すように、例えば全長が２１．９ｍｍ、最大外径が直径４．０ｍｍのほぼ円柱形状に形成されており、複数の圧電素子８、９、１０、１１と、これらの圧電素子８、９、１０、１１を挟持する一対の挟持部材としての前面板２及び裏打板３と、カバー部材としての側面板１２とを主に備えて構成されている。
【００１６】
圧電素子８、９、１０、１１は、銀パラジウムなどを材料とする電極（銀電極）１４、１５、１６、１７、１８、導体パターン２３、２５及び絶縁層２４と共に一体焼成されて、圧電素子ユニット２８を構成している。
【００１７】
圧電素子８、９、１０、１１は、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）やチタン酸バリウムなどの圧電セラミックス材料を用いて、例えば２．５ｍｍ角の矩形の平板形状や、また例えば直径２．５ｍｍサイズの円板形状などに形成されている。また、圧電素子８、９、１０、１１は、それぞれ厚さ方向に分極されており、正極又は負極の電極を表面又は裏面に有する。
【００１８】
すなわち、圧電素子ユニット２８は、圧電素子８、９、１０、１１が電気的に並列に接続されるように、これらの圧電素子８、９、１０、１１及び電極１４、１５、１６、１７、１８、並びに導体パターン２３、２５及び絶縁層２４をそれぞれ積層した状態で一体焼成されている。ここで、絶縁層２４は、電気絶縁性を有する樹脂材料やセラミックなどで構成されており、正極用の導体パターン２５と前面板２との短絡を防止し、かつ圧電素子８、９、１０、１１側が前面板２側を局部的に押圧してしまうことなどを回避するため（圧電素子８、９、１０、１１側で発生させる超音波振動を前面板２側に効果的に伝達するため）に設けられている。
【００１９】
また、超音波振動子１には、図１及び図２に示すように、被覆線で各々構成された正極のリード線１９及び負極のリード線２０がそれぞれ設けられている。正極のリード線１９は、裏打板３に形成された貫通穴３ｃ内を挿通されつつ圧電素子８、９、１０、１１側から裏打板３の外部に引き出されている。一方、負極のリード線２０は、ボディアースをとるために、リード固定具２１を通じて裏打板３の表面（外形面）に圧接する状態で固定されている。
【００２０】
詳述すると、プラス電極となる電極１５、１７は、導体パターン２５を介して正極のリード線１９と接続されている。一方、マイナス電極としての電極１４、１６、１８は、導体パターン２３及び裏打板３のボディを介して負極のリード線２０と接続されている。さらに、リード線１９、２０と電気的に接続される圧電素子ユニット２８の周面（側壁面）は、絶縁層２２によって被覆されている。この絶縁層２２は、絶縁性を有する例えばポリイミドフィルムを材料とするテープや樹脂リングなどにより構成されており、側面板１２の内壁面に対する圧電素子ユニット２８の電気絶縁性を確保する。また、圧電素子ユニット２８の周面に例えば絶縁ペーストなどの液状の絶縁材料を塗布することによって、このような絶縁層２２を形成してもよい。また、これに代えて、筒状の側面板１２の内壁面に絶縁コートなどをコーティングすることによって絶縁層を形成してもよい。
【００２１】
次に、前面板２、裏打板３及び側面板１２の構成、並びにこれらの部材の接合構造について説明する。
図１及び図２に示すように、前面板２は、チタン合金などを材料として適用し、基端側（圧電素子側）を小径とする段差を設けた略円錐台形状の金属ブロックとして構成されている。前面板２は、その軸方向の長さが、超音波振動子１本体の共振周波数λに対して例えば１／４λの長さで構成されていると共に、圧電素子ユニット２８側で生じる超音波振動を伝達するホーンとして機能し最先端面が振動放射面７となる。一方、裏打板３は、同様にチタン合金などを構成材料として用い、先端側（圧電素子側）を小径とする段差を設けた略円柱形状の金属ブロックとして構成されている。裏打板３の最基端面からは、上述したリード線１９、２０がそれぞれ引き出されている。
【００２２】
側面板１２は、図１及び図２に示すように、上記のチタン合金などを材料にして筒状（円筒状）に形成されている。この側面板１２は、前面板２及び裏打板３と協働して圧電素子８、９、１０、１１を包囲した状態で、前面板２及び裏打板３の各々に、かしめられている。より具体的には、側面板１２は、前面板２と裏打板３との間に介在された状態で圧電素子８、９、１０、１１を包囲しつつ、前面板２及び裏打板３の各々に、かしめリング５、６を介してかしめられている。環状の係止部材であるかしめリング５、６は、例えばジュラルミンなどを材料として構成されている。
【００２３】
さらに、前面板２及び裏打板３は、筒状の側面板１２の内側に配置される圧電素子８、９、１０、１１（圧電素子ユニット２８）を挟み込むように筒状の側面板１２の一方及び他方の開口部分１２ａ、１２ｂから各々挿入された挿入部２ａ、３ａをそれぞれ有する。これら挿入部２ａ、３ａの外径部分と筒状の側面板１２の内径部分とは、互いに嵌合する寸法で形成されている。また、前面板２の挿入部２ａには、その最基端面を僅かに窪ませた座ぐり部２ｃが設けられている。圧電素子ユニット２８は、前面板２側の挿入部２ａに設けられたこの座ぐり部２ｃの底面と、裏打板３側の挿入部３ａの最先端面と、の間で挟持される。
【００２４】
また、側面板１２の両端にそれぞれ開口する開口部分１２ａ、１２ｂの各周縁部は、上記かしめリング５、６に各々嵌合する（各々挿入される）薄肉部１２ｃ、１２ｄで構成されている。すなわち、図１及び図２に示すように、側面板１２の薄肉部１２ｃ、１２ｄ（の外径部分）をかしめリング５、６の内側に各々挿入すると共に側面板１２の開口部分１２ａ、１２ｂに挿入部２ａ、３ａを各々挿入して圧電素子ユニット２８を挟み込んだ状態において、側面板１２の薄肉部１２ｃ、１２ｄは、前面板２及び裏打板３における挿入部２ａ、３ａの根元部分２ｂ、３ｂ（前面板２及び裏打板３の各段差部の小径部分）に、かしめリング５、６を介してかしめられている。
【００２５】
ここで、圧電素子ユニット２８を挟み込む前面板２と裏打板３との間に側面板１２が介在された状態において、前面板２及び裏打板３の挿入部２ａ、３ａ根元側の各段差面（振動放射面７又は裏打板３の最基端面と平行な各段差面）と筒状の側面板１２の両端との間に僅かにクリアランスが生じるように、側面板１２の軸方向の長さが、設定されている。すなわち、図３に示すように、前面板２及び裏打板３を通じて圧電素子８、９、１０、１１（圧電素子ユニット２８）を加圧した状態で、側面板１２は、前面板２と裏打板３との各々にかしめられている。これにより、圧電素子８、９、１０、１１側から前面板２側への振動伝達性の向上が図られている。
【００２６】
次に、このように構成された超音波振動子１の製造方法を主に図２、図３に基づき説明する。
図２に示すように、まず、圧電素子８、９、１０、１１が電気的に並列となるように、当該圧電素子８、９、１０、１１、電極１４、１５、１６、１７、１８、導体パターン２３、２５、及び絶縁層２４をそれぞれ積層配置した状態で焼成処理を行って圧電素子ユニット２８を一体焼成する。続いて、圧電素子ユニット２８の周面（側壁面）を絶縁層２２によって被覆し、次に例えばリード線１９、２０の配線を行う。
【００２７】
次いで、図２、図３に示すように、圧電素子ユニット２８（圧電素子８、９、１０、１１）を両側から挟み込む位置に前面板２及び裏打板３を配置しつつこれら前面板２及び裏打板３と協働して圧電素子ユニット２８を包囲する位置に側面板１２を配置する。より具体的には、薄肉部１２ｃ、１２ｄにかしめリング５、６を装着した側面板１２を、圧電素子ユニット２８（圧電素子８、９、１０、１１）を包囲する位置に配置しつつ、この側面板１２及び圧電素子ユニット２８を両側から挟み込む位置に前面板２及び裏打板３を配置（側面板１２の開口部分１２ａ、１２ｂに挿入部２ａ、３ａを挿入）する。さらに、図３に示すように、このように配置された前面板２及び裏打板３を通じて圧電素子ユニット２８がＰ１、Ｐ２方向から適正な荷重で加圧される状態で、かしめリング５、６の周囲を内側に押圧してかしめ加工を行う。この際、かしめリング５、６と共に側面板１２両端の薄肉部１２ｃ、１２ｄが、縮径する方向に塑性変形し、これにより、前面板２及び裏打板３（挿入部２ａ、３ａの根元部分２ｂ、３ｂ）と、側面板１２（薄肉部１２ｃ、１２ｄ）と、が一体的に連結される。上記のかしめ工程を経た後、図１に示した超音波振動子１を得ることができる。
【００２８】
既述したように、本実施形態の超音波振動子１及びその製造方法によれば、圧電素子８、９、１０、１１（圧電素子ユニット２８）を挟持する前面板２及び裏打板３間に側面板１２をかしめることによって、ねじ構造などを適用せずとも圧電素子８、９、１０、１１を内部部品として組み付けることができるので、上記ねじ構造の形成領域を製品上（超音波振動子１本体）に確保することなどが不要となる。したがって、圧電素子のサイズや製品本体のサイズを選択する上での自由度が向上し、これにより、超音波振動子の小型化や、また一方で、比較的サイズの大きい圧電素子の適用による超音波振動子のハイパワー化などを実現できる。さらに、本実施形態では、上記したように、ねじ構造などが不要なので、部品コストの低減を図ることができる。
【００２９】
また、本実施形態の超音波振動子１及びその製造方法によれば、上述したようにねじ構造を適用せずに、かしめにより個々の部材どうしを接合するので、前面板２及び裏打板３の両側から例えば適正な荷重を加えつつかしめを行うことによって、圧電素子８、９、１０、１１（圧電素子ユニット２８）にねじり応力などを加えることなく、しかも当該圧電素子を前面板２及び裏打板３間に適切な保持（挟持）力で組み込むことが可能となる。これにより、圧電素子の組み付け時の位置ずれなどを抑制しつつ適切な保持力で圧電素子を組み付けることができるので、超音波振動子の振動特性のばらつきを抑えることができ、さらには、機械的ストレスが要因となる圧電素子の破損などを防止することも可能である。また、本実施形態では、部材どうしの接合に例えば溶接などを適用する場合などと異なり、被接合部分を高温に加熱溶融する必要などがないので、前面板２、裏打板３及び側面板１２の材料選択の自由度を高めることができる（融点の高い材料も容易に選択可能となる）と共に、比較的高価な溶接用の設備機器を設置する必要などもないため、超音波振動子の生産性を向上させることができる。
【００３０】
［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施形態を図４に基づき説明する。ここで、図４は、この実施形態に係る超音波振動子３１を一部断面で示す正面図である。なお、図４において、図１〜図３に示した第１の実施形態の超音波振動子１に設けられていたものと同一の構成要素については、同一の符号を付与しその説明を省略する。
【００３１】
図４に示すように、この実施形態の超音波振動子３１は、第１の実施形態の超音波振動子１に設けられていた前面板２、裏打板３及び側面板１２に代えて、前面板３２、裏打板３３及び側面板３４を備えており、かしめリングを用いずに上記前面板３２及び裏打板３３の各々と側面板３４とがかしめられている。すなわち、前面板３２、裏打板３３及び側面板３４は、その構成材料として、かしめの際に塑性変形し易いように比較的軟らかい金属材料であるジュラルミンや軟鉄などが適用されている。
【００３２】
また、かしめの際に、前面板３２及び裏打板３３側に側面板３４側の肉を食い込ませ易くするために、図４に示すように、前面板３２及び裏打板３３の挿入部２ａ、３ａにおける根元部分３２ｂ、３３ｂの表面（被かしめ部分）には、凹凸が形成されている。なお、このような被かしめ部分に形成される凹凸は、側面板３４側（の薄肉部１２ｃ、１２ｄの内壁面）に設けられていてもよいし、前面板３２及び裏打板３３と側面板３４との双方に設けられていてもよい。
【００３３】
つまり、この実施形態の超音波振動子３１は、このような前面板３２及び裏打板３３を通じて圧電素子ユニット２８を適正な荷重で加圧した状態において、側面板３４両端の薄肉部１２ｃ、１２ｄの周囲を内側に押圧してかしめ加工を行うことで、薄肉部１２ｃ、１２ｄの内壁側の肉が、前面板３２及び裏打板３３の挿入部３２ａ、３３ａにおける根元部分３２ｂ、３３ｂ表面の凹凸に食い込み、これにより、前面板３２及び裏打板３３と側面板３４とが一体的に接合される。
【００３４】
したがって、本実施形態に係る超音波振動子３１及びその製造方法によれば、圧電素子８、９、１０、１１にねじり応力が加わることなどを抑制できると共に振動特性のばらつきを抑えることができ、しかも生産性を向上させつつ小型化やハイパワー化を実現できる。また、特に、本実施形態では、第１の実施形態で適用されていたかしめリングが不要となるので、製造コストの削減を図ることができる。
【００３５】
［第３の実施の形態］
次に、本発明の第３の実施形態を図５に基づき説明する。ここで、図５は、この実施形態に係る超音波振動子４１を一部断面で示す正面図である。なお、図５において、図１〜図３に示した第１の実施形態の超音波振動子１に設けられていたものと同一の構成要素については、同一の符号を付与しその説明を省略する。
【００３６】
この実施形態の超音波振動子４１は、図５に示すように、第１の実施形態の超音波振動子１に設けられていたかしめリング５を削除すると共に前面板２及び側面板１２に代えて、カバー部４２ａを有する前面板４２を備える。すなわち、この前面板４２は、第１の実施形態の前面板２と側面板１２とを単一の部材で構成することにより実現されている。
【００３７】
この超音波振動子４１は、前面板４２及び裏打板３を通じて圧電素子ユニット２８を適正な荷重で加圧した状態において、かしめリング６の周囲を内側に押圧してかしめ加工を行うことで、かしめリング６と共に前面板４２のカバー部４２ａの薄肉部１２ｄが径方向に塑性変形し、これにより、前面板４２のカバー部４２ａ（第１の実施形態の側面板１２の構成部分）と裏打板３（挿入部３ａの根元部分３ｂ）とが互いに接合される。
【００３８】
また、図５においては、かしめリング６を介して前面板４２と裏打板３とをかしめた形態を例示しているが、これに代えて、ジュラルミンなどの比較的軟らかい金属材料で前面板４２及び裏打板３を構成すると共に、前面板４２のカバー部４２ａに設けられた薄肉部１２ｄの内壁や裏打板３の挿入部３ａに設けられた根元部分３ｂの表面に凹凸を形成することなどで、かしめリング６を削除して、前面板４２と裏打板３とをかしめるようにしてよい。
【００３９】
したがって、本実施形態の超音波振動子４１によれば、第１又は第２の実施形態の効果に加え、かしめを行う個所や部品点数が削減されるので、部品コストの低減及び生産効率の向上を図ることができる。
【００４０】
［第４の実施の形態］
次に、本発明の第４の実施形態を図６に基づき説明する。ここで、図６は、この実施形態に係る超音波振動子５１を一部断面で示す正面図である。なお、図６において、図１〜図３に示した第１の実施形態の超音波振動子１に設けられていたものと同一の構成要素については、同一の符号を付与しその説明を省略する。
【００４１】
この実施形態の超音波振動子５１は、図６に示すように、第１の実施形態の超音波振動子１に設けられていた裏打板３及び側面板１２に代えて、カバー部５３ａを有する裏打板５３を備える。すなわち、この裏打板５３は、第１の実施形態の裏打板３と側面板１２とを単一の部材で構成することにより実現されている。
【００４２】
この超音波振動子５１は、前面板２及び裏打板５３を通じて圧電素子ユニット２８を適正な荷重で加圧した状態において、かしめリング５の周囲を内側に押圧してかしめ加工を行うことで、かしめリング５と共に裏打板５３のカバー部５３ａの薄肉部１２ｃが径方向に塑性変形し、これにより、裏打板５３のカバー部５３ａ（第１の実施形態の側面板１２の構成部分）と前面板２（の挿入部２ａの根元部分２ｂ）とが互いに接合される。
【００４３】
また、図６においては、かしめリング５を介して前面板２と裏打板５３とをかしめた形態を例示しているが、これに代えて、ジュラルミンなどの比較的軟らかい金属材料で前面板２及び裏打板５３を構成すると共に、裏打板５３のカバー部５３ａに設けられた薄肉部１２ｃの内壁や前面板２の挿入部２ａに設けられた根元部分２ｂの表面に凹凸を形成することなどで、かしめリング５を削除して、前面板２と裏打板５３とのかしめを行うようにしてよい。
【００４４】
したがって、本実施形態の超音波振動子５１によれば、第３の実施形態の効果と同様に、かしめ個所や部品点数が削減されるので、部品コストの低減及び生産効率の向上を図ることができる。
【００４５】
［第５の実施の形態］
次に、本発明の第５の実施形態を図７に基づき説明する。ここで、図７は、この実施形態に係る超音波振動子７１を一部断面で示す正面図である。なお、図７において、図１〜図３に示した第１の実施形態の超音波振動子１に設けられていたものと同一の構成要素については、同一の符号を付与しその説明を省略する。
【００４６】
この実施形態の超音波振動子７１は、第１の実施形態の超音波振動子１の構成に加え、さらに不要振動を減衰させるダンパ材として機能する緩衝部材７２、７３、及び熱収縮チューブ７４を備えて構成されている。緩衝部材７２は、例えばリング状に形成されており、前面板２及び側面板１２のそれぞれの周面にまたがった位置に例えば接着剤などを介して固定されている。一方、緩衝部材７３は、例えば円柱状に形成されており、裏打板３の最基端面に上記熱収縮チューブ７４を介して固定されている。
【００４７】
これら緩衝部材７２、７３は、超音波振動子７１本体に生じ得る不要な振動（主に圧電素子８、９、１０、１１が発生させる振動帯域以外の振動）を除去するために設けられている。つまり、緩衝部材７２、７３は、上記したチタン合金製の前面板２や裏打板３よりも少なくとも硬度の低い材料によって構成されている。具体的には、緩衝部材７２、７３の構成材料としては、例えばチタン酸鉛を含有するウレタン樹脂などが適用されている。また、超音波振動子本体の外形から突出するかたちのこのような緩衝部材７２、７３は、不要振動の除去機能の他、超音波カッタや超音波歯石除去器などの超音波機器の筐体の内側に対し、超音波振動子７１を振動源（内部部品）として取り付ける場合の被取付部分（超音波機器の筐体に設けられた凹部と嵌合させる凸部）としても利用される。
【００４８】
ここで、緩衝部材７３は、例えば、シリコーン樹脂系やフッ素樹脂系の熱収縮チューブ７４を裏打板３の基端部に装着すると共に、この熱収縮チューブ７４の内部に粉末状のチタン酸鉛と溶融状態のウレタン樹脂とを充填した後、熱処理を行うことで、裏打板３の最基端面に固定される。
【００４９】
なお、図７においては、緩衝部材７２、７３（及び熱収縮チューブ７４）を図１〜図３に示した超音波振動子１に対して取り付けた態様を例示しているが、これに代えて、図４、図５、図６に示した超音波振動子３１、４１、５１に緩衝部材７２、７３を取り付けてもよい。また、緩衝部材７３の固定後に熱収縮チューブ７４を裏打板３から取り除いて、超音波振動子本体を構成してもよい。
【００５０】
このように本実施形態に係る超音波振動子７１によれば、上述したいずれかの実施形態の効果に加え、超音波振動子本体に生じ得る不要振動を除去することが可能であると共に、超音波機器の筐体への被取付部分を構成することができ、さらには、超音波機器の筐体（例えばハンディタイプの超音波機器本体）に伝達され得る振動を減衰させることができる。
【００５１】
［第６の実施の形態］
次に、本発明の第６の実施形態を図８〜図１６に基づき説明する。ここで、図８は、この実施形態に係る超音波振動子８１の分解斜視図であり、図９は、この超音波振動子８１を一部断面で示す正面図である。また、図１０は、超音波振動子８１を分解しその一部を断面で示す正面図であり、図１１は、図１０に示す側面板９２のＡ部詳細図である。さらに、図１２は、超音波振動子８１に内蔵された圧電素子ユニット１００を示す断面図である。
【００５２】
この実施形態の超音波振動子８１は、超音波メスや超音波歯石除去器などの把持タイプ（ハンドリングタイプ）の超音波応用機器の振動源として用いられるランジュバン型の超音波振動子である。すなわち、この超音波振動子８１は、図９〜図１１に示すように、圧電素子８８、８９、９０、９１を備える圧電素子ユニット１００と、一対の挟持部材としての前面板８２及び裏打板８３と、カバー部材である側面板９２と、から主に構成されている。
【００５３】
前面板８２及び裏打板８３は、チタン（Ｔｉ）、チタン合金、ステンレス鋼などを材料とする円柱状の金属ブロックで構成される。また、側面板９２は、チタン、チタン合金、ステンレス鋼などの材料を用いて筒状（円筒状）に形成されている。さらに、図１０に示すように、圧電素子８８〜９１（圧電素子ユニット１００）は、一方の挟持部材である前面板８２と他方の挟持部材である裏打板８３との間に挟持されている。
【００５４】
側面板９２は、図１０に示すように、前面板８２及び裏打板８３と協働して、圧電素子８８〜９１を有する圧電素子ユニット１００を包囲した状態で、前面板８２及び裏打板８３のうちの少なくとも一方にかしめられている（本実施形態では裏打板８３にかしめられている）。
【００５５】
ここで、圧電素子ユニット１００の構造について説明する。図１２（及び図９、図１０）に示すように、圧電素子ユニット１００は、円板状の複数の圧電素子８８〜９１と、正極用、負極用の円板状の電極板である正極端子板９５、９７及び負極端子板９４、９６、９８と、絶縁層１０１、１０２と、導電層１０３、１０４とを備える。圧電素子ユニット１００は、上記正極端子板９５、９７及び負極端子板９４、９６、９８からなる複数の電極板と、複数の圧電素子８８〜９１と、が交互に積層されたかたちで一体化されている。
【００５６】
正極端子板９５、９７及び負極端子板９４、９６、９８は、ベリリウム銅などを材料として、例えば直径４ｍｍ、厚さ０．１ｍｍで形成されている。一方、圧電素子８８〜９１は、例えば直径４ｍｍ、厚さ１ｍｍで形成されており、円形状の各主面（両端面）に正極又は負極となる電極層が形成されている。すなわち、圧電素子８８〜９１の製法は、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を構成材料として適用し、プレス成形及び焼成後、各主面に導電ペーストを塗布し、さらに油中分極処理を施すことで厚み方向に分極される。その後、所望の形状になるように研削及び研磨を行い、さらに各主面に銀（Ａｇ）蒸着を施すことで電極層を有する圧電素子８８〜９１が形成される。
【００５７】
ここで、圧電素子ユニット１００は、隣り合う圧電素子どうしの正極、負極の位置関係が逆になるように交互に積層配置されている。また、後述するように、個々の圧電素子の電極の引き出しは、図１２に示すように、正極どうし、負極どうしが接続され、これにより、圧電素子ユニット１００内の複数の圧電素子８８〜９１は、電気的に並列に接続される。
【００５８】
なお、圧電素子８８〜９１は、上記製法によって得られたものに限定されるものではない。例えば厚み方向に分極された板状の圧電素子の素材から、超音波加工などの切り出し加工によって、所望の形状の圧電素子を切り出すことも可能である。また、未焼成の成形体の各主面（各端面）に導電ペーストを塗布し、さらに積層一体化した後、焼成及び分極処理を施して圧電素子を得ることも可能である。
【００５９】
絶縁層１０１は、図１２に示すように、負極端子板９６における側面（圧電素子ユニット１００の外径部分として露出した負極端子板９６の外周面）９６ｃの一部を覆うように形成されている。また、絶縁層１０２は、正極端子板９５における側面９５ｃの一部を覆うように形成されている。このような絶縁層１０１、１０２は、例えば電気絶縁性を有する絶縁フィルムの貼り付け、又は絶縁ペーストの塗布及び固化を行うことなどによって構成されている。
【００６０】
一方、導電層１０３は、図１２に示すように、負極端子板９６における各主面９６ａ、９６ｂと圧電素子８９、９０を介してそれぞれ隣り合う正極端子板９５、９７（の側面）どうしの間を、負極と短絡しないよう絶縁層１０１の外側から接続（絶縁層越しに接続）する。一方、導電層１０４は、正極端子板９５における各主面９５ａ、９５ｂと圧電素子８８、８９を介してそれぞれ隣り合う負極端子板９４、９６（の側面）どうしの間を、正極と短絡しないよう絶縁層１０２の外側から接続する。これら導電層１０３、１０４は、例えば導電性を有するフィルムの貼り付け、又は導電ペーストの塗布及び固化を行うことなどによって構成されている。なお、超音波振動子８１本体（前面板８２及び裏打板８３）のボディアースの利用を前提として、絶縁層１０２の外側から導電層１０４により、負極端子板９６と圧電素子８８本体の負極の電極（電極層）とを接続することで、圧電素子ユニット１００の両端の負極端子板９４及び負極端子板９８を削除してもよい。この場合、部品コストの削減を図ることができる。
【００６１】
また、圧電素子ユニット１００は、図１２（図９及び図１０）に示すように、正極端子板９５及び正極端子板９７どうしを接続する導電層１０３に、リード線１０５が接続されている。リード線１０５は、芯線１０５ａを被覆層１０５ｂで被覆した被覆線で構成される。リード線１０５の芯線１０５ａの一端部は、はんだなどを固化させた接続部１０５ｃを介して導電層１０３に接続されている。また、図９、図１０に示すように、リード線１０５は、裏打板８３の後述する挿入部８３ａに形成されたリード線引出穴８３ｃ内を挿通され、さらに切欠き部８３ｄを介して、（前面板８２、裏打板８３及び側面板９２の内部側から）超音波振動子８１の外部に引き出されている。
【００６２】
さらに、図９、図１０に示すように、絶縁層１０１、１０２及び導電層１０３、１０４並びにリード線１０５の一端部及びその接続部１０５ｃを含む圧電素子ユニット１００本体と、この圧電素子ユニット１００本体が収容される筒状の側面板９２の内壁面と、の間には、電気絶縁性を有する短絡防止層９９が介在されている。この短絡防止層９９の形成方法としては、筒状の側面板９２の内壁面に絶縁コートなどをコーティングする方法が例示される。また、これに代えて、正極端子板９５、９７の側面や導電層１０３などを含む圧電素子ユニット１００の外周面の正極の露出部分全体を、絶縁テープや絶縁ペーストの固化物で覆うことにより、短絡防止層９９を形成することも可能である。
【００６３】
次に、本実施形態の超音波振動子８１本体の構造、並びに前面板８２、裏打板８３、側面板９２の構造、及びこれらの部材の接合関係について詳述する。
本実施形態の超音波振動子８１の全長は、当該超音波振動子８１本体の共振周波数の１／２波長、又は３／２波長の長さにほぼ一致するように形成されている（本実施形態では超音波振動子８１の全長は例えば３１．３ｍｍである）。
【００６４】
超音波振動子８１の先端側を構成する前面板８２は、最先端面（例えば直径５ｍｍの小径部）が振動放射面９３として機能する円錐台形部８２ｃと、円錐台形部８２ｃの大径部分（例えば直径１０ｍｍ）と同径の円柱部８２ｄと、この円柱部８２ｄよりも小径の雄ねじ８２ｂが形成された挿入部８２ａと、が各々の軸方向（振動軸）に沿って連成されている。上記円柱部８２ｄの後端面（基端面）の近傍は、本実施形態の超音波振動子８１のノード位置となる。雄ねじ８２ｂが周面に形成された挿入部８２ａは、前面板８２における基端（後端）部分を構成する。なお、前面板８２は、上述した形状に限定されるものではなく、例えば先端側を円柱形状、基端側を円錐台形とした形状のものなどを適用することが可能である。
【００６５】
また、このような前面板８２、及び裏打板８３は、図１０に示すように、筒状の側面板９２の内側に配置される圧電素子８８〜９１を挟み込むように、筒状の側面板９２の一方及び他方の開口部分９２ａ、９２ｂから各々挿入された態様の挿入部８２ａ、８３ａをそれぞれ有する。さらに、筒状の側面板９２の一方の開口部分９２ａにおける周縁部９２ｃは、前面板８２の挿入部８２ａにねじ止めされている。つまり、図１０（及び図９）に示すように、側面板９２における一方の開口部分９２ａの周縁部９２ｃを含む内壁面には、前面板８２の雄ねじ８２ｂと締結される雌ねじ９２ｅが形成されている。
【００６６】
一方、図９に示すように、筒状の側面板９２の他方の開口部分９２ｂにおける周縁部９２ｄは、裏打板８３の挿入部８３ａにかしめられている。つまり、裏打板８３は、図８〜図１０に示すように、段付の円柱状の部材として形成されており、その後端側（基端側）が小径の円柱部８３ｆで構成され、また、先端側（前面板８２側）が大径の挿入部８３ａで構成されている。このため、挿入部８３ａは、円柱部８３ｆとの境界部分にエッジ部（角部）８３ｅを含む段差部分８３ｂを有する。なお、円柱部８３ｆの外形部分には、図１０に示すように、上記した切欠き部８３ｄが形成されている。また、挿入部８３ａには、切欠き部８３ｄの延長上に上記のリード線引出穴８３ｃが穿孔されている。
【００６７】
これに対して、側面板９２の他方の開口部分９２ｂにおける周縁部９２ｄには、図８〜図１１に示すように、当該側面板９２本体の断面を他の部位よりも薄肉に形成した薄肉部分（側面板９２の基端部より軸方向にリブ状に突出する例えば肉厚０．２ｍｍの部位）９２ｆが設けられている。
【００６８】
すなわち、図９に示すように、圧電素子８８〜９１を有する圧電素子ユニット１００が側面板９２に包囲（収容）され、かつ前面板８２（の挿入部８２ａの最後端面）と裏打板８３（の挿入部８３ａの最先端面）とにより挟持される圧電素子８８〜９１が、特定の圧力範囲内に調整された圧力にて加圧される状態で、側面板９２の薄肉部分９２ｆ（開口部分９２ｂにおける周縁部９２ｄ）は、裏打板８３のエッジ部８３ｅを含む段差部分８３ｂにかしめられている。具体的には、薄肉部分９２ｆは、図９、図１１に示すように、裏打板８３における段差部分８３ｂのエッジ部８３ｅを巻き込むようにして、筒状の側面板９２の内側（矢印Ｓ１方向）に向けて折り曲げられ（塑性変形させられ）ている。
【００６９】
ここで、本実施形態では、図９に示すように、前面板８２の挿入部８２ａと側面板９２の一方の開口部分９２ａとの接合構造として、ねじ止めを例示しているが、これに代えて溶接を適用してもよい。また、前面板８２と側面板９２とは、単一の部材として一体で構成されてたものを用いてもよい。さらに、既述してきたねじ止め構造及びかしめ構造と同様の接合構造を利用し、側面板９２の一方の開口部分９２ａが、前面板８２に対してかしめられ、かつ側面板９２の他方の開口部分９２ｂが、裏打板８３に対してねじ止め（又は溶接）された構造の超音波振動子を構成することも可能である。
【００７０】
次に、このような構造を有する超音波振動子８１の製造方法を、上記した図８〜図１２に加え図１３〜図１６に基づいて説明する。ここで、図１３は、超音波振動子８１の製造時に用いるかしめ用補助装置１２０を分解して示す断面図であり、図１４は、図１３のかしめ用補助装置１２０を構成する押圧部材１３１のＢ部詳細図である。また、図１５は、かしめ用補助装置１２０を用いたかしめ工程を説明するための断面図であり、図１６は、かしめ用補助装置１２０に要求される位置決め精度について説明するための図である。
【００７１】
まず、かしめ用補助装置１２０の構造について説明する。図１３〜図１５に示すように、かしめ用補助装置１２０は、ベース部材１２１と、ガイド部材１２５と、押圧部材１３１とで構成される。ベース部材１２１は、側面板９２を裏打板８３にかしめるかしめ工程を行う環境の例えば作業台上に設置される。ベース部材１２１は、段付きの板状の部材として構成されており、円板状の挿入用凸部１２２を上部に備えている。挿入用凸部１２２の最上面は、図１５に示すように、超音波振動子８１の振動放射面９３が突き当てられる突き当て面１２２ａとなる。
【００７２】
ガイド部材１２５は、図１３、図１５に示すように、筒状に構成されており、中心部分に同軸的に穿孔された小径の側面板位置決め穴１２６と大径の押圧部材誘導穴１２７とを有する。側面板位置決め穴１２６は、超音波振動子８１の側面板９２の外径部分及びベース部材１２１の挿入用凸部１２２の外径部分とそれぞれ嵌合するように形成されている。また、押圧部材誘導穴１２７は、円筒状に形成された押圧部材１３１の外径部分と摺動可能な穴径を有し、図１５に示すように、かしめ時に矢印Ｐ１方向に下降させる押圧部材１３１の移動を案内（ガイド）する。
【００７３】
押圧部材１３１は、図１３〜図１５に示すように、リード線１０５及び裏打板８３を挿通させる挿通穴１３３と、裏打板位置決め穴１３２と、超音波振動子８１の軸方向に対して例えば４５°傾斜する押圧用傾斜面１３５を備えたかしめ用凹部１３４とを有する。裏打板位置決め穴１３２は、裏打板８３における円柱部８３ｆの外周面と嵌合する。かしめ用凹部１３４は、図１４、図１５に示すように、ベース部材１２１上に搭載されたガイド部材１２５の側面板位置決め穴１２６内に超音波振動子８１がセットされ、さらに押圧部材誘導穴１２７内に押圧部材１３１を挿入した状態において、押圧用傾斜面１３５と薄肉部分９２ｆとが対向するように構成された円環状の溝部である。
【００７４】
すなわち、図１４、図１５に示すように、かしめ用補助装置１２０に超音波振動子８１をセットした状態において、押圧用傾斜面１３５と薄肉部分９２ｆ（の最基端部）とが対向し、さらに、押圧部材１３１を矢印Ｐ１方向に下降させた場合、押圧用傾斜面１３５が薄肉部分９２ｆを筒状の側面板９２の内側（矢印Ｓ１方向）に折り曲げる方向に押圧力が付与され、かしめが行われる。
【００７５】
ここで、図１６中のＤ１は、押圧部材１３１を矢印Ｐ１方向に下降させた際に、薄肉部分９２ｆが座屈したときのデータを示し、一方、図１６中のＤ２は、押圧部材１３１を矢印Ｐ１方向に下降させた際に、裏打板８３における段差部分８３ｂのエッジ部８３ｅを巻き込むようにして、薄肉部分９２ｆが矢印Ｓ１方向に適切に折り曲げられたときのデータを示している。なお、図１６では、薄肉部分９２ｆの変形過程において、押圧部材１３１の変位に対する荷重が一時的に緩和されることがわかる。また、座屈が生じる場合には、変位に対する荷重の増加が僅かに大きくなる。
【００７６】
さらに詳述すると、かしめ用凹部１３４の押圧用傾斜面１３５から外れた湾曲している部位と薄肉部分９２ｆ（の最基端部）とが対向した状態で、押圧部材１３１を矢印Ｐ１方向に下降させた場合、薄肉部分９２ｆの座屈が生じてしまう（薄肉部分９２ｆが矢印Ｓ１方向に適切に折り曲げられない）ため、所望のかしめ強度を得ることが難しくなる。このような状況を回避できる部品精度で、ベース部材１２１、ガイド部材１２５、押圧部材１３１は、各々形成されている。
【００７７】
次に、上記のかしめ用補助装置１２０を利用する超音波振動子８１の実際の製造方法について説明する。
まず、圧電素子８８〜９１を備えた図１２に示す圧電素子ユニット１００（圧電素子８８〜９１）を両側から挟み込む位置に前面板８２及び裏打板８３を配置しつつ、これら前面板８２及び裏打板８３と協働して圧電素子ユニット１００を包囲する位置に側面板９２を配置する。具体的には、図１０に示すように、側面板９２の一方の開口部分９２ａにおける周縁部９２ｃと、一方の開口部分９２ａから側面板９２内に挿入された状態の前面板８２の挿入部８２ａと、をねじ止めする。前面板８２にねじ止めされた筒状の側面板９２内に他方の開口部分９２ｂから圧電素子ユニット１００を挿入（収容）する。この場合において、圧電素子ユニット１００を収容する前に、当該圧電素子ユニット１００側と側面板９２側とを電気的に絶縁する短絡防止層９９を予め形成しておく。
【００７８】
さらに、筒状の側面板９２内に挿入された圧電素子ユニット１００を前面板８２の挿入部８２ａとの間で挟み込むように、裏打板８３の挿入部８３ａを他方の開口部分９２ｂから側面板９２内に挿入する。この際、圧電素子ユニット１００に接続されたリード線１０５を、裏打板８３のリード線引出穴８３ｃ及び切欠き部８３ｄを介して外部に引き出す。
【００７９】
このようにして互いに組み付けられた圧電素子ユニット１００、前面板８２、裏打板８３、側面板９２を含む超音波振動子８１（の半完成品）を、図１５に示すように、かしめ用補助装置１２０内にセットする。次に、例えば強度試験機（オートグラフ）やプレス機などの圧縮応力を付与可能な装置を用い、押圧部材１３１を一定速度（例えば０．５ｍｍ／ｍｉｎ）で矢印Ｐ１方向に一軸加圧し、裏打板８３における段差部分８３ｂのエッジ部８３ｅを巻き込むようにして、側面板９２の薄肉部分９２ｆを矢印Ｓ１方向に塑性変形させる（かしめを行う）。
【００８０】
また、このようなかしめ工程では、超音波振動を用いた加圧により被かしめ部分（薄肉部分９２ｆ）を塑性変形させる超音波かしめを適用している。この超音波かしめによって、押圧力を細分化して効率良く薄肉部分９２ｆに伝達できるので、高いかしめ強度を得ることができる。さらに、かしめ工程では、前面板８２、裏打板８３から圧電素子８８〜９１に加わる挟持力を可変（前面板８２に対する裏打板８３の軸方向の離間距離を可変）させ、これに伴い変動する当該圧電素子からの出力をモニタ（例えば静電容量などを確認）しつつ、前記かしめが行われる。すなわち、予め定めた出力値が圧電素子から得られたときに裏打板８３の位置を、その位置に固定するようにかしめを行う。
【００８１】
詳述すると、前面板８２及び裏打板８３側から圧電素子８８〜９１側へ加える挟持力の可変調整（静電容量の調整）は、超音波振動子８１本体から所望の振動特性を得るために行われる。すなわち、超音波振動子８１は、主にその構造から物理的に定まる共振周波数があり、この共振周波数に対応した駆動信号を付与した場合に最も効率よく振動するという性質がある。この共振周波数付近における等価回路は、一般に、機械的振動の特性であるコイル分（Ｌ）、コンデンサ分（Ｃ）による共振成分、及び機械的負荷を表す抵抗分（Ｒ）で示される直列共振回路に対し、圧電素子８８〜９１と正極用、負極用の端子板９４〜９８とを含む圧電素子ユニット１００で構成される制動コンデンサ分（Ｃｄ）が、並列に接続されたかたちで表される。
【００８２】
そこで、本実施形態の超音波振動子１の製法では、前述した共振周波数で超音波振動子１を駆動させるために、超音波振動子１の上記静電容量を表す制動コンデンサ分（Ｃｄ）を所定の設計値に合わせ込むためのチューニングとして、圧電素子ユニット１００に加わる挟持力の調整を行う。
【００８３】
既述したように、本実施形態の超音波振動子８１では、前面板８２と先に組み付けられた側面板９２内に圧電素子ユニット１００を収容し、この状態から、圧電素子８８〜９１にねじり応力などを加えることなく裏打板８３を側面板９２にかしめて、組み付けを完了させることができる。したがって、超音波振動子８１によれば、圧電素子の組み付け時の位置ずれなどを抑制しつつ適切な保持力で圧電素子を組み付けることが可能なので、超音波振動子の振動特性のばらつきを抑えることができる共に、比較的大きな機械的ストレスが圧電素子に加わることなどを抑制することができる。また、本実施形態の超音波振動子８１によれば、上記した第１及び第３〜第５の実施形態と異なり、かしめ用のリングなどが不要なので、部品点数の削減及び工程の簡略化を図ることができる。
【００８４】
以上、本発明を各実施の形態により具体的に説明したが、本発明はこれらの実施形態にのみ限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、上述したかしめリングを用いる実施形態では、前面板、裏打板、側面板の構成材料としてチタン合金を例示したが、構成材料としては、ステンレス鋼などを適用することも可能である。また、第６の実施形態を除く、第１〜第５の実施形態では、超音波振動子のノード位置（振動節の位置）については、特に説明しなかったが、超音波振動子全体のうちで機械的強度の低い被かしめ部分がノード位置になるように超音波振動子を構成することが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る超音波振動子を一部断面で示す正面図。
【図２】図１の超音波振動子の一部の構成部品を分解して示す図。
【図３】図１の超音波振動子の製造方法を説明するための図。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る超音波振動子を一部断面で示す正面図。
【図５】本発明の第３の実施形態に係る超音波振動子を一部断面で示す正面図。
【図６】本発明の第４の実施形態に係る超音波振動子を一部断面で示す正面図。
【図７】本発明の第５の実施形態に係る超音波振動子を一部断面で示す正面図。
【図８】本発明の第６の実施形態に係る超音波振動子の分解斜視図。
【図９】図８の超音波振動子を一部断面で示す正面図。
【図１０】図９の超音波振動子を分解しその一部を断面で示す正面図。
【図１１】図１０に示す側面板のＡ部詳細図。
【図１２】図９の超音波振動子に内蔵された圧電素子ユニットを示す断面図。
【図１３】図９の超音波振動子の製造時に用いるかしめ用補助装置を分解して示す断面図。
【図１４】図１３のかしめ用補助装置を構成する押圧部材のＢ部詳細図。
【図１５】図１３のかしめ用補助装置を用いたかしめ工程を説明するための断面図。
【図１６】図１３のかしめ用補助装置に要求される位置決め精度について説明するための図。
【符号の説明】
【００８６】
１，３１，４１，５１，７１，８１…超音波振動子、２，３２，４２，８２…前面板、２ａ，８２ａ…前面板の挿入部、２ｂ，３ｂ，３２ｂ，３３ｂ…挿入部の根元部分、３，３３，５３，８３…裏打板、３ａ，８３ａ…裏打板の挿入部、５，６…かしめリング、７，９３…振動放射面、８，９，１０，１１，８８，８９，９０，９１…圧電素子、１２，３４，９２…側面板、１２ａ，１２ｂ，９２ａ，９２ｂ…開口部分、１２ｃ，１２ｄ…薄肉部、２８，１００…圧電素子ユニット、４２ａ，５３ａ…カバー部、７２，７３…緩衝部材、７４…熱収縮チューブ、８２ｂ…雄ねじ、８３ｂ…段差部分、８３ｅ…エッジ部、９２ｃ，９２ｄ…周縁部、９２ｅ…雌ねじ、９２ｆ…薄肉部分、９９…短絡防止層。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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